Noua industrie a energiei își accelerează modernizarea, iar valoarea de aplicare a pieselor ceramice în electrificare și câmpuri electrice de înaltă{0}}tensiune continuă să crească.

Odată cu dezvoltarea rapidă a vehiculelor cu energie noi, a stocării energiei, a fotovoltaicelor, a energiei cu hidrogen și a tehnologiei electronice de putere mare-, noile echipamente energetice au impus cerințe mai ridicate pentru rezistența la temperatură înaltă-, izolație, rezistență la coroziune, rezistență mecanică și stabilitatea dimensională a materialelor. Cu izolația electrică excelentă, rezistența la temperatură ridicată, rezistența la coroziune, pierderile dielectrice scăzute și stabilitatea dimensională bună, materialele ceramice intră în continuare în scenarii de aplicare, cum ar fi bateriile de putere, sistemele de acționare electrică, electricitatea de înaltă-tensiune, invertoarele de stocare a energiei și noua electronică de putere energetică din domeniile industriale tradiționale.

 

În comparație cu materialele metalice, ceramica de inginerie este de obicei capabilă să mențină o performanță relativ stabilă în condiții de temperatură ridicată, tensiune înaltă, frecvență înaltă și medii chimice complexe. Prin urmare, ele joacă funcții cheie precum izolarea, izolarea, suportul structural, managementul termic și protecția electrică în unele echipamente energetice noi. Pe măsură ce densitatea de putere a noilor sisteme energetice continuă să crească, domeniul de aplicare al pieselor ceramice se extinde, de asemenea, de la componente izolante individuale la piese structurale de precizie și componente funcționale.

 

 

 

Bateria de putere este unul dintre cele mai importante sisteme de bază ale vehiculelor cu energie nouă. Mediul său de lucru implică tensiune înaltă, curent mare, schimbări de temperatură și-vibrații mecanice pe termen lung, așa că impune cerințe stricte privind izolarea electrică și siguranța termică. În interiorul bateriei, materialele ceramice pot participa la protecția de siguranță sub diferite forme, cum ar fi acoperiri, separatoare, părți structurale izolatoare și părți de etanșare.

 

Diafragmele acoperite-ceramice sunt una dintre cele mai reprezentative aplicații. Prin introducerea de particule ceramice anorganice, cum ar fi alumina și boehmit pe suprafața peliculei de bază de poliolefină, stabilitatea dimensională și rezistența la căldură a separatorului în condiții de temperatură înaltă pot fi îmbunătățite. Când bateria este la temperatură ridicată sau în condiții anormale de funcționare, acoperirea ceramică poate reduce riscul de contracție semnificativă a separatorului, oferind astfel condiții de izolare mai stabile între electrozii pozitivi și negativi.

 

În sistemele de baterii de-înaltă tensiune, izolatorii ceramici pot fi utilizați și pentru izolarea electrică între electrozi, terminale și alte structuri conductoare. De exemplu, EV Fuse Ceramic Body trebuie să îndeplinească în același timp performanța de izolație, rezistența mecanică și o anumită stabilitate termică. Proprietățile sale materiale vor afecta în mod direct fiabilitatea de funcționare a componentelor de protecție de-înaltă tensiune în condiții de curent anormale.

 

Pe măsură ce platforma de tensiune a vehiculelor cu energie noi se dezvoltă treptat până la 800 V și mai mult, tensiunea de tensiune suportată de componentele de protecție electrică de înaltă-tensiune continuă să crească. Piesele structurale ceramice, cum ar fi Ceramic Body for EV Fuse, trebuie să obțină o izolație fiabilă într-un spațiu limitat, rezistând în același timp la șocul termic și la solicitarea mecanică generate în timpul procesului de topire. Prin urmare, formularea materialului, procesul de sinterizare și acuratețea dimensională au devenit factori importanți în proiectarea produsului.

 

 

Sistemele de protecție la-înaltă tensiune din vehiculele cu energie noi și echipamentele de stocare a energiei trebuie de obicei să întrerupă rapid curentul în condiții anormale, cum ar fi scurtcircuite și suprasarcini. Fiind o componentă importantă de protecție la supracurent, componentele ceramice interne ale siguranțelor nu numai că joacă un rol de izolare, ci trebuie și să fie asortate cu materiale de topire și de umplutură pentru a finaliza stingerea arcului, izolarea termică și suportul structural.

 

În echipamentele electrice tradiționale de joasă tensiune și industriale, tuburile ceramice, bucșele ceramice și carcasele ceramice au deja o bază de aplicare relativ matură. Odată cu dezvoltarea sistemelor de-înaltă tensiune pentru vehicule cu energie nouă, materialele ceramice sunt îmbunătățite în continuare la tensiune înaltă, compactitate și fiabilitate ridicată. De exemplu, tubul ceramic de alumină pentru siguranța EV de înaltă tensiune trebuie să ia în considerare rezistența dielectrică ridicată, rezistența mecanică și rezistența la căldură pentru a se adapta la mediul de lucru complex din circuitul de-înaltă tensiune al vehiculelor cu energie nouă.

 

Ceramica de alumină este unul dintre materialele ceramice de inginerie obișnuite în siguranțele de-înaltă tensiune. Are rezistență ridicată la izolație, rezistență la căldură și stabilitate chimică și poate fi transformat în structuri tubulare,-ca o manșon sau în formă-specială prin procesul de sinterizare. Tubul ceramic de alumină Al2O3 pentru siguranța de-tensiune înaltă poate fi utilizată ca componentă izolatoare și suport structural în dispozitivele de protecție de-tensiune înaltă pentru a asigura o izolare stabilă pentru diferite zone conductoare din interiorul siguranței.

 

Pentru circuitele auxiliare auto și sistemele de accesorii de înaltă{0}}tensiune, carcasele ceramice trebuie, de asemenea, să se adapteze la cerințele mai complexe de spațiu de instalare și de conectare mecanică. Un corp ceramic pentru siguranța auxiliară de vehicul electric este o astfel de aplicație. Designul său nu trebuie doar să acorde atenție distanței de izolație, dar trebuie să ia în considerare și toleranțele dimensionale, metodele de asamblare, creșterea temperaturii și fiabilitatea-pe termen lung.

 

 

 

Noile sisteme de acționare electrică a vehiculelor cu energie se dezvoltă spre viteză mare, densitate mare de putere și eficiență ridicată. Motoarele, invertoarele și modulele de putere aferente au fost expuse la comutarea de înaltă-frecvență și la schimbări de temperatură de mult timp, iar materialele tradiționale pot fi limitate treptat în ceea ce privește izolația, rezistența la căldură și rezistența la uzură.

 

Rulmenții ceramici sunt o aplicație reprezentativă în sistemele de acționare electrică. Ceramica structurală, cum ar fi nitrura de siliciu, are caracteristicile de densitate scăzută, duritate ridicată, rezistență bună la uzură și proprietăți excelente de izolare electrică. Acestea pot reduce frecarea mecanică în mediile cu motoare de-înaltă viteză și pot reduce riscul de coroziune electrică cauzat de curenții arborelui.

 

Pentru sistemele de acționare electrică care utilizează semiconductori de putere cu carbură de siliciu, frecvența de comutare a puterii și viteza de comutare au fost crescute și mai mult, ceea ce face ca sistemul să propună cerințe mai stricte pentru materialele izolante și structurile de ambalare. Substraturile ceramice pot asigura o izolare electrică fiabilă între structurile conductoare și structurile de disipare a căldurii în timp ce îndeplinesc sarcini de conducție a căldurii, făcându-le un material de bază important pentru modulele electronice de putere de-putere-înaltă densitate.

 

Pe lângă substratul ceramic din interiorul sistemului de acționare electrică, componentele de protecție cu siguranțe de -înaltă tensiune trebuie să aibă și o structură de izolație stabilă. De exemplu, corpul ceramic pentru siguranța de protecție la suprasarcină și scurtcircuit trebuie să mențină o izolație bună în condiții normale de funcționare și să reziste la solicitări termice tranzitorii mari în timpul protecției la suprasarcină sau la scurtcircuit.

 

 

Dispozitivele semiconductoare de putere din vehiculele cu energie nouă, convertoarele de stocare a energiei și invertoarele fotovoltaice generează o cantitate mare de căldură în timpul funcționării. Pe măsură ce densitatea puterii sistemului crește, disiparea căldurii a devenit unul dintre factorii importanți care limitează performanța dispozitivelor de alimentare.

 

Substraturile ceramice pot asigura atât funcții de izolare electrică, cât și de conducție termică, astfel încât sunt utilizate pe scară largă în ambalarea modulelor de putere.

 

Materiale precum oxidul de aluminiu și nitrura de aluminiu au proprietăți de conductivitate termică și caracteristici de cost diferite și pot fi selectate în funcție de tensiunea de funcționare, nivelul de putere, cerințele de rezistență termică și costul de producție.

 

Printre acestea, nitrura de aluminiu are o conductivitate termică ridicată și un coeficient de dilatare termică scăzut și are valoare mare de aplicare în domeniul ambalajelor electronice de-înaltă putere. Atunci când materialele ceramice sunt combinate cu conductori metalici, cum ar fi cuprul, ele pot forma o structură compozită cu funcții conductoare, de disipare a căldurii și de izolație, oferind o bază stabilă de ambalare pentru dispozitivele semiconductoare cu bandă interzisă-largă, cum ar fi SiC.

 

În domeniul protecției electrice noii energii, materialele ceramice pentru siguranțele auto CC pot utiliza caracteristicile de rezistență la căldură și izolație ale materialelor ceramice pentru a oferi suport structural stabil pentru siguranțele CC auto. Pe măsură ce puterea circuitelor de înaltă tensiune de -cc ale vehiculelor cu energie nouă continuă să crească, piesele ceramice aferente trebuie să își îmbunătățească în continuare rezistența la șocuri termice, rezistența mecanică și stabilitatea dimensională.

 

 

Sistemele de stocare a energiei trebuie de obicei să funcționeze pentru o perioadă lungă de timp și pot fi în medii complexe, cum ar fi temperatură ridicată, temperatură scăzută, umiditate, praf etc. Invertoarele de stocare a energiei, echipamentele de distribuție a curentului continuu, sistemele de gestionare a bateriilor și sistemele de protecție la-înaltă tensiune au toate cererile ridicate de materiale izolante.

 

În convertoarele și invertoarele de stocare a energiei, substraturile ceramice pot conecta dispozitive de alimentare și sisteme de disipare a căldurii, asigurând izolarea electrică în timp ce conduc rapid căldura generată de dispozitive. Pentru sistemele de comutare cu frecvență înaltă-, proprietățile dielectrice ale materialelor ceramice afectează, de asemenea, parametrii paraziți și integritatea semnalului, astfel încât selecția materialului trebuie evaluată cuprinzător împreună cu întregul sistem electronic de putere.

 

În aplicațiile cu siguranțe, corpul izolator electric din ceramică cu steatit poate profita de proprietățile bune de izolare electrică și de rezistență la căldură ale materialelor precum porțelanul steatit pentru a fi utilizate pentru izolarea și suportul structural al dispozitivelor specifice de protecție electrică. Diferite sisteme ceramice au rezistențe dielectrice, proprietăți mecanice, coeficienți de dilatare termică și caracteristici de procesare diferite, astfel încât selecția reală trebuie să fie determinată în mod cuprinzător pe baza tensiunii, curentului, temperaturii și sarcinii mecanice.

 

 

 

Invertorul fotovoltaic este un dispozitiv important care conectează sistemul de generare a energiei fotovoltaice și rețeaua de curent alternativ. Conține un număr mare de semiconductori de putere, dispozitive de filtrare și componente electrice de înaltă-tensiune. Pe măsură ce nivelurile de putere ale sistemelor fotovoltaice continuă să crească, managementul termic și proiectarea izolației în cadrul echipamentelor devin mai importante.

 

Substratul placat cu cupru ceramic-poate realiza transmisia de curent prin stratul de metal și poate folosi dielectricul ceramic pentru a obține izolarea electrică, transferând în același timp rapid căldura generată de dispozitivul de alimentare către structura de disipare a căldurii. Pentru dispozitive IGBT de-putere mare, MOSFET SiC și alte dispozitive, conductivitatea termică, potrivirea expansiunii termice și performanța de izolație a materialului de ambalare vor afecta direct fiabilitatea-pe termen lung a modulului.

 

În același timp, siguranțele de-înaltă tensiune și părțile lor structurale ceramice joacă, de asemenea, un rol în protecția laterală fotovoltaică DC. Carcasa ceramică pentru Fuse Link poate oferi o carcasă izolatoare și suport mecanic pentru elementul siguranței și poate rezista la solicitarea termică și mecanică corespunzătoare în timpul procesului de întrerupere-defecțiunii.

 

 

Ceramica cu alumină are o bază de producție industrială matură. Sistemul său de materiale este stabil, costul său este relativ controlabil și poate fabrica structuri complexe prin diferite procese de turnare și sinterizare. Prin urmare, are o gamă largă de aplicații în domeniul energiei noi și al aparatelor electrice.

 

La siguranțele de înaltă-tensiune pentru vehicule cu energie nouă, tubul izolator ceramic din alumină pentru siguranță poate fi utilizat pentru izolarea și izolarea între diferite părți conductoare. Pentru sistemele de protecție auto cu niveluri mai mari de tensiune, tuburile ceramice trebuie, de asemenea, să îndeplinească cerințe cuprinzătoare, cum ar fi distanța de curgere, spațiul electric, rezistența la șocuri termice și asamblarea mecanică.

 

Pentru siguranțele auto de înaltă tensiune-, puritatea materialului afectează, de asemenea, proprietățile dielectrice și stabilitatea mecanică a produsului. 95% Tubul ceramic de alumină pentru siguranța de înaltă tensiune este una dintre formele comune de aplicare a ceramicii de alumină. Sistemul de material specific trebuie să fie adaptat în funcție de tensiunea de lucru, temperatură, dimensiunea structurală și procesul de producție.

 

Odată cu dezvoltarea platformelor de înaltă{0}}tensiune pentru automobile, mediul cu care se confruntă Tubul ceramic de alumină pentru siguranțe auto de-înaltă tensiune a devenit mai complex, incluzând comutarea de înaltă-frecvență, supratensiuni de curent, cicluri de temperatură și vibrații mecanice. Prin urmare, pur și simplu îmbunătățirea rezistenței izolației materialelor ceramice nu este suficientă pentru a îndeplini cerințele. De asemenea, este necesar să se optimizeze cuprinzător formula ceramică, densitatea de sinterizare, precizia dimensională și designul structural.

 

 

Dezvoltarea inteligentă a noilor echipamente energetice a determinat și aplicarea senzorilor ceramici și a materialelor ceramice funcționale. Materiale precum zirconia, ceramica piezoelectrică și ferita își pot folosi proprietățile electrice, termice și mecanice speciale pentru a detecta parametri precum temperatura, presiunea, concentrația de gaz și curentul.

 

În medii cu temperatură înaltă-, materialele ceramice au o bună stabilitate termică și pot fi utilizate în structurile de protecție a senzorilor și componentele sensibile. Unele materiale ceramice au, de asemenea, proprietăți de conversie piezoelectrice, dielectrice sau magnetoelectrice și pot fi utilizate în sistemele de detectare a vehiculelor cu energie nouă, control industrial și echipamente inteligente de putere.

 

Odată cu dezvoltarea continuă a sistemelor de conducere autonomă, de gestionare a bateriei și de monitorizare a stocării energiei, cerințele pentru stabilitatea pe termen lung,-interferențele anti-mediului și acuratețea dimensională a senzorilor continuă să crească, ceea ce promovează și dezvoltarea ceramicii funcționale în direcția preciziei și integrării.

 

 

 

Echipamentele energetice noi trebuie de obicei să funcționeze continuu timp de mulți ani, astfel încât piesele ceramice nu numai că îndeplinesc indicatorii inițiali de performanță, ci trebuie să aibă și o fiabilitate bună-pe termen lung. Selecția materialului, procesul de turnare, procesul de sinterizare, tratamentul suprafeței și controlul dimensional, toate au un impact asupra performanței finale.

 

Pentru ceramica izolatoare de -înaltă tensiune, este necesar să se concentreze asupra indicatorilor precum rezistența dielectrică, rezistivitatea volumului, distanța de curgere și descărcarea parțială. Pentru piesele structurale ceramice supuse la sarcini mecanice, este necesar să se concentreze asupra evaluării rezistenței la încovoiere, tenacității la rupere, performanței la șoc termic și a tensiunii de asamblare.

 

În plus, diferența de coeficient de dilatare termică dintre ceramică și metale este, de asemenea, o problemă importantă care trebuie luată în considerare în proiectarea inginerească. Atunci când echipamentul suferă cicluri frecvente de temperatură ridicată și scăzută, se poate dezvolta stres termic între diferite materiale. Dacă designul structural și potrivirea materialului nu sunt rezonabile, ciclul pe termen lung-poate duce la fisurarea interfeței, delaminarea și chiar defecțiunea izolației.

 

Prin urmare, în timpul procesului de dezvoltare a componentelor de izolație de -înaltă tensiune, cum ar fi tubul ceramic izolat în siguranțele EV, este necesar să se realizeze un proiect cuprinzător din mai multe dimensiuni de material, structură, producție și verificare, iar fiabilitatea produsului nu poate fi apreciată bazându-se doar pe un singur indice de performanță a materialului.
 

 

În prezent, noua industrie energetică se schimbă de la simpla extindere a capacității instalate la îmbunătățirea densității puterii, eficienței sistemului și a fiabilității operaționale. Noile vehicule cu energie se dezvoltă către platforme de înaltă-tensiune de 800 V, sistemele de stocare a energiei sunt modernizate către o putere mai mare și o viață mai lungă, iar invertoarele fotovoltaice continuă să îmbunătățească eficiența conversiei și densitatea puterii. Aceste modificări au adus noi cerințe tehnice pentru materialele ceramice.

 

În viitor, dezvoltareapiese ceramice de energie nouăva acorda mai multă atenție optimizării colaborative a performanței materialelor și proiectării structurale. Pe de o parte, este necesar să se dezvolte materiale ceramice cu o conductivitate termică mai mare, o rezistență dielectrică mai mare și o performanță mai bună de potrivire a expansiunii termice; pe de altă parte, este, de asemenea, necesar să se îmbunătățească consistența dimensională a produsului și stabilitatea lotului prin turnare de precizie, sinterizare avansată și inspecție automată.

 

În același timp, aplicarea pieselor ceramice se va extinde treptat de la manșoane, carcase și substraturi izolatoare tradiționale la conexiuni de-tensiune înaltă, ambalaje module de putere, senzori, siguranțe și părți structurale de precizie ale echipamentelor energetice noi. Pentru siguranțele de-înaltă tensiune, materialele ceramice vor rămâne un sistem de materiale important în vehiculele cu energie noi și în sistemele de protecție a stocării energiei datorită avantajelor lor cuprinzătoare în materie de izolație, rezistență la căldură și suport structural.

 

În general, deși piesele ceramice de obicei nu participă direct la conversia energiei, ele îndeplinesc funcții cheie, cum ar fi izolarea, disiparea căldurii, protecție, suport și conexiune fiabilă. Odată cu dezvoltarea continuă a vehiculelor cu energie noi, a stocării energiei, a tehnologiilor fotovoltaice și a electronicii de putere de înaltă-tensiune, materialele ceramice se transformă din materiale auxiliare tradiționale în materiale de bază importante care afectează siguranța, eficiența și durata de viață a noilor echipamente energetice.

 

În viitor, inovația tehnologică ceramică centrată pe fiabilitate ridicată, conductivitate termică ridicată, izolație ridicată, ușoară și producție de precizie va promova și mai mult dezvoltarea de noi echipamente energetice către densitate mare de putere, eficiență ridicată și funcționare fiabilă-pe termen lung.